DE69535688T2 - Optical semiconductor module and method for its production - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines optischen Halbleitermoduls, wobei die optische Kopplung eines optischen Halbleiterelements und eines optischen Wellenleiters eingestellt werden müssen.The The invention relates to a method for producing an optical semiconductor module, wherein the optical coupling of a semiconductor optical element and an optical waveguide must be adjusted.
Auf dem Gebiet der optischen Faserkommunikation wird ein optisches Halbleitermodul verwendet, bei dem optische Halbleiterelemente, d. h. eine Laserdiode (ein lichtemittierendes Element) oder ein Lichterfassungselement, etc., die als ein Signalübertragungspfad dienen, optisch gekoppelt werden, und die optisch gekoppelten Halbleiterelemente und die optische Faser in einem Gehäuse mit luftdichter Abdichtung (hermetischer Abdichtung) verpackt werden.On In the field of optical fiber communication becomes an optical semiconductor module used in which optical semiconductor elements, i. H. a laser diode (a light-emitting element) or a light-sensing element, etc., acting as a signal transmission path serve, optically coupled, and the optically coupled semiconductor elements and the optical fiber in a housing with airtight seal (hermetic seal).
Die
Diese Art eines optischen Halbleitermoduls ist viel kostspieliger als ein Halbleitermodul, bei dem elektronische Halbleiterelemente, wie beispielsweise Transistoren und ICs, gepackt sind. Dies ist nicht so, weil die Herstellung eines optischen Halbleiterelements hohe Kosten erfordert, sondern hauptsächlich, weil die Kosten des Einstellens der optischen Kopplung eines optischen Halbleiterelements und eines optischen Wellenleiters, wie beispielsweise einer optischen Faser, aufgrund der Schwierigkeit beim Verbessern des Durchsatzes hoch sind.These Type of optical semiconductor module is much more expensive than a semiconductor module in which electronic semiconductor elements, such as For example, transistors and ICs are packed. this is not because the fabrication of a semiconductor optical element is high Costs, but mainly, because the cost of adjusting the optical coupling of an optical Semiconductor element and an optical waveguide, such as an optical fiber, because of the difficulty in improving the throughput are high.
In Allgemeinen müssen ein optisches Halbleiterelement und eine optische Faser mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Mikrometern positioniert werden. Positionierung durch mechanische Mittel, wie beispielsweise einen Führungsmechanismus oder dergleichen, weist einen Nachteil auf, dass eine Montagebasis, auf der die Halbleiterelemente angebracht sind, mit großer Genauigkeit und kompliziert bearbeitet werden muss, und daher werden die Basisherstellungskosten beträchtlich erhöht.In Generally need a semiconductor optical element and an optical fiber having a Accuracy in the order of magnitude be positioned by micrometers. Positioning by mechanical Means, such as a guide mechanism or the like, has a drawback that a mounting base on which the semiconductor elements are attached, with great Accuracy and complexity must be handled, and therefore the basic manufacturing costs considerably elevated.
Um diesen Nachteil zu überwinden, werden bei einem herkömmlichen optischen Halbleitermodul ein optisches Halbleiterelement und eine optische Faser einzeln auf unabhängigen Basen oder Haltern angebracht. Das Halbleiterelement und die optische Faser, die auf den unabhängigen Basen oder Halter angebracht sind, werden getrennt geprüft, und die Basen oder Halter liegen einander gegenüber, wodurch die optische Kopplung erreicht wird. Aus diesem Grund müssen mechanische Positionen des optischen Halbleiterelements und der optischen Faser eingestellt werden. In diesem Fall ist eine sogenannte optische Kopplungseinstellung erforderlich, wobei Montagepositionen eingestellt werden, während die Intensität einer optischen Eingabe oder Ausgabe überwacht wird.Around overcome this disadvantage be at a conventional optical semiconductor module, an optical semiconductor element and a single optical fiber on independent Bases or holders attached. The semiconductor element and the optical Fiber on the independent Bases or holders are tested separately, and the bases or holders face each other, whereby the optical coupling is reached. For this reason, mechanical positions need of the optical semiconductor element and the optical fiber become. In this case, a so-called optical coupling adjustment required, with mounting positions to be set while the intensity an optical input or output is monitored.
Das optische Halbleiterelement, wie es oben beschrieben ist, muss durch ein Gehäuse luftdicht abgedichtet werden, um so zuverlässig zu gewährleisten, dass eine Licht-Eingabe/Ausgabe-Oberfläche des optischen Halbleiterelements geschützt werden kann. Die luftdichte Abdichtung wird durch Abdichtung eines luftdichten Dichtelements, das aus Metall, Glas, Keramik oder dergleichen hergestellt ist, mit Direktbonden (fusion bonding) von Metall oder Glas erreicht. Aus diesem Grund erfordert der Abdichtung Schritt eine ziemlich hohe Temperatur, und das luftdichte Dichtelement wird thermisch sehr verformt.The optical semiconductor element, as described above, must by a housing be sealed airtight so as to reliably ensure that a light input / output surface of the optical semiconductor element can be protected. The airtight Sealing is achieved by sealing an airtight sealing element, made of metal, glass, ceramics or the like, achieved with direct bonding (fusion bonding) of metal or glass. Out this reason, the sealing step requires a fairly high temperature, and the airtight sealing element is thermally deformed very much.
Bei einem herkömmlichen optischen Halbleitermodul wird ein optisches Halbleiterelement mit einer optischen Faser optisch gekoppelt, nachdem das Halbleiterelement luftdicht abgedichtet ist. Falls die optische Kopplung vor dem Abdichtungsschritt durchgeführt wird, können die mechanischen Positionen verschoben werden, da das luftdichte Dichtelement ohne Weiteres durch Wärme bei dem Abdichtungsschritt verformt wird. In diesem Fall ist es schwierig, da das optische Halbleiterelement, das abgedichtet wurde, optisch auf die optische Faser eingestellt werden muss, die Montageposition des optischen Halbleiterelements aufgrund des luftdichten Dichtelements mechanisch zu erfassen. Mit anderen Worten ist es schwierig, da die Positionierung nicht durch einen Führungsmechanismus erreicht werden kann, eine Zeit, die für den Schritt erforderlich ist, durch Grobeeinstellung der Positionen der optischen Achsen des optischen Halbleiterelements und der optischen Faser durch mechanische Mittel zu verringern. Daher muss die Einstellung der optischen Achse, die allgemein eine Genauigkeit von der Größenordnung von Mikrometern erfordert, vollständig durch optische Positionserfassungsmittel durchgeführt werden.at a conventional one optical semiconductor module is an optical semiconductor element with an optical fiber optically coupled after the semiconductor element is sealed airtight. If the optical coupling before the sealing step carried out will, can the mechanical positions are shifted, because the airtight Sealing element readily by heat in the sealing step is deformed. In this case, it is difficult because the optical Semiconductor element that has been sealed optically to the optical Fiber must be adjusted, the mounting position of the optical Semiconductor element due to the airtight sealing element mechanically capture. In other words, it is difficult because the positioning is not through a guide mechanism can be achieved, a time required for the step is, by rough adjustment of the positions of the optical axes of the optical semiconductor element and the optical fiber by mechanical To reduce funds. Therefore, the adjustment of the optical axis, generally an accuracy of the order of microns requires, completely be performed by optical position detecting means.
Ferner ist es nach der Einstellung der optischen Achse notwendig, das Halbleiterelement und die optische Faser fest mechanisch zu befestigen, um eine Verschiebung der optischen Achse zu verhindern. Die optische Achse kann jedoch während der mechanischen Befestigung, da die Positionsbeziehung zwischen den zu befestigenden Elemente geändert wird, abhängig von dem eingestellten Zustand der optischen Achse verschoben werden, und der Zustand verändert sich sogar bei den gleichen Prozessbedingungen.Further, after adjusting the optical axis, it is necessary to use the semiconductor element and the op mechanically secure the fiber in order to prevent displacement of the optical axis. However, the optical axis may be displaced during the mechanical fastening because the positional relationship between the members to be fixed is changed depending on the optical axis set state, and the state changes even under the same process conditions.
Wie oben beschrieben ist, kann bei dem herkömmlichen optischen Halbleitermodul der Durchsatz aufgrund der Schwierigkeit, die für den Schritt des Einstellens der optischen Kopplung erforderliche Zeit zu verringern, nicht ohne weiteres verbessert werden. Außerdem kann die Herstellungsausbeute nicht ohne Weiteres verbessert werden, weil die Positionsbeziehung zwischen den in jedem Modul zu befestigenden Elementen unterschiedlich ist. Demgemäß werden die Kosten für die Einstellung der optischen Kopplung erhöht, was zu sehr hohen Modulkosten führt.As As described above, in the conventional optical semiconductor module the throughput due to the difficulty for the step of adjusting The time required to reduce the optical coupling, not without be further improved. Furthermore the production yield can not be easily improved, because the positional relationship between the to be mounted in each module Elements is different. Accordingly, the cost of hiring the optical coupling increases, which leads to very high module costs.
Unter diesen Umständen gibt es einen Bedarf für ein optisches Halbleitermodul, dessen Herstellungsausbeute ohne Weiteres verbessert und das massengefertigt werden kann. Einige Untersuchungen für ein derartiges optisches Halbleitermodul wurden vorgeschlagen. Von den Untersuchungen hat ein optisches Halbleitermodul durch Anwendung von sogenannter Mikrobearbeitung, eines der Halbleiterherstellungsverfahren, öffentliche Aufmerksamkeit erregt. Da das durch die Anwendung der Mikrobearbeitung erzeugte Modul mit einem hohen Genauigkeitsgrad maschinenverarbeitet werden kann, d. h. in der Größenordnung von Submikrometern, können die Positionen eines optischen Halbleiterelements und einer optischen Faser mit der Genauigkeit der Größenordnung von Mikrometern lediglich durch mechanischen Zusammenbau eingestellt werden, was ein Grundproblem des herkömmlichen Halbleitermoduls überwindet. Mit anderen Worten kann die optische Kopplung eines optischen Halbleiterelements und einer optischen Faser lediglich durch einen mechanischen Zusammenbauschritt erreicht werden, und die Einstellung der optischen Achsen, wie es oben beschrieben ist, ist nicht erforderlich. Außerdem werden, da eine Anzahl von Basen auf die gleiche Art und Weise wie im Fall der Herstellung der optischen Halbleiterelemente massengefertigt werden können, die Kosten für die Verarbeitung von Montagebasen verglichen mit der herkömmlichen Schneideerarbeitung durch eine Maschine beträchtlich verringert.Under these circumstances is there a need for an optical semiconductor module whose production yield without Further improved and that can be mass produced. Some Investigations for Such an optical semiconductor module has been proposed. From The investigations have an optical semiconductor module by application of so-called micromachining, one of the semiconductor manufacturing processes, public Attention excited. Because that by the application of micromachining produced module with a high degree of accuracy machine-processed can be, d. H. in the order of magnitude of submicrons, can the positions of a semiconductor optical element and an optical Fiber with the accuracy of the order of magnitude of micrometers set only by mechanical assembly become what overcomes a basic problem of the conventional semiconductor module. In other words, the optical coupling of a semiconductor optical element and an optical fiber only by a mechanical assembly step be achieved, and the adjustment of the optical axes, as is described above is not required. Also, as a number of bases in the same way as in the case of preparation the optical semiconductor elements can be mass produced, the costs for the processing of mounting bases compared to the conventional ones Cutting work by a machine considerably reduced.
Mit dem obigen Verfahren können die Kosten für die Erzeugung von optischen Halbleitermodulen verringert werden, und die Fertigungsausbeute kann erheblich verbessert werden. Ferner kann eine Signalübertragung mit einer großen Kapazität und einer hohen Qualität, was für das optische Kommunikationsverfahren charakteristisch ist, wie beispielsweise eine optische Zusammenschaltung, in Industriemaschinen eingeführt werden. Als Ergebnis kann ein System mit hoher Geschwindigkeit und hoher Leistung aufgebaut werden, was sehr viel zur Entwicklung und den Fortschritt der Industrie beiträgt.With the above method can the price for the generation of optical semiconductor modules are reduced, and the manufacturing yield can be significantly improved. Further can signal transmission with a big one capacity and a high quality, what kind of the optical communication method is characteristic, such as an optical interconnection, are introduced in industrial machinery. As a result, a system with high speed and high Achievement to be built, which is very much to the development and the Progress of the industry contributes.
Bei dem optischen Halbleitermodul, auf das das Mikrobearbeitungsverfahren angewendet wird, wurde jedoch, da lediglich die Verbesserung der optischen Kopplung berücksichtigt wird, eine weitere Anforderung für die praktische Anwendbarkeit, d. h., eine luftdichte Abdichtung, nicht erreicht. Aus diesem Grund ist ein derartiges optisches Halbleitermodul weit entfernt von einer praktischen Anwendung. Nachteile der herkömmlichen Technik werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.at the optical semiconductor module to which the micromachining process However, since only the improvement of the considered optical coupling will, another request for the practicality, d. h., an airtight seal, not reached. For this reason, such an optical semiconductor module far from a practical application. Disadvantages of the conventional Technique will be described below with reference to the drawings.
In
diesem Beispiel ist die optische Faser
Da im Allgemeinen ein monokristallines (einkristallines) Si-Substrat aufgrund der Kristallorientierung anisotrop geätzt werden kann, kann es in verschiedenartige geometrische Formen verarbeitet werden. Eine typische Form einer Nut für das optische Halbleitermodul ist eine sogenannte V-Nut, die Neigungen der (111)-Ebenen an beiden Seiten aufweist, die in einem Fall erhalten werden, in dem eine schlitzähnliche Maske in einer <110>- oder <-110>-Richtung auf der kristallinen (100)-Ebene gebildet wird. Monokristallines Si weist eine Eigenschaft auf, dass die Ebene (111) viel langsamer als die kristalline Ebenen (100) und (110) geätzt wird, wenn mittels einer wässrigen Lösung von KOH oder Hydrazin geätzt wird. Die Bezugsziffern (100), (110) und (111) bezeichnen die kristalline Ebene. Die Bezugsziffern <110> und <-110> bezeichnen die Kristallachse.In general, since a monocrystalline (single-crystalline) Si substrate can be anisotropically etched due to crystal orientation, it can be processed into various geometric shapes. A typical shape of a groove for the optical semiconductor module is a so-called V-groove having inclinations of the (111) planes on both sides, which are obtained in a case where a slit-like mask is formed in a <110> or <-110> direction on the crystalline (100) plane. Monocrystalline Si has a property that the plane (111) is etched much more slowly than the crystalline planes (100) and (110) when etched by means of an aqueous solution of KOH or hydrazine. The reference numerals (100), (110) and (111) indicate the crystalline plane. The reference numerals <110> and <-110> denote the crystal axis.
Bei dem oben erwähnten anisotropen Ätzen kann eine V-Nut ohne Weiteres durch Benutzen der Kristallorientierung gebildet werden, und die beim Ätzen verwendete Maske kann beim herkömmlichen Halbleiterprozess gebildet werden. Thermisch oxidiertes SiO2, das durch Wärmebehandlung eines Si-Substrats in einer Oxidatmosphäre erhalten wurde, oder Si3N4, das durch das CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition method = chemisches Aufdampfverfahren) erhalten wurde, wird als eine Maske beim Ätzen verwendet. Es ist absolut möglich, dass die durch das System erhaltene Genauigkeit der Maschinenverarbeitung abhängig von den Ätzbedingungen und der Einstellung der Maske so niedrig wie 1 μm ist.In the above-mentioned anisotropic etching, a V-groove can be easily formed by using the crystal orientation, and the mask used in the etching can be formed in the conventional semiconductor process. Thermally oxidized SiO 2 obtained by heat-treating an Si substrate in an oxide atmosphere or Si 3 N 4 obtained by the CVD method (Chemical Vapor Deposition method) is used as a mask in etching. It is absolutely possible that the machine processing accuracy obtained by the system is as low as 1 μm, depending on the etching conditions and the mask setting.
Wie
es oben beschrieben ist, ist das optische Halbleitermodul, auf das
die Mikrobearbeitung angewendet wird, wirksam, um die Einstellung
der optischen Kopplung wegzulassen. Da der Hauptzweck eines derartigen
Moduls darin besteht, die Einstellung der optischen Kopplung wegzulassen,
wird ein luftdichter Dichtmechanismus des optischen Halbleiterelements
nicht notwendigerweise berücksichtigt.
Obwohl es nicht viele Vorschläge
gegeben hat, die Probleme des luftdichten Dichtmechanismus zu lösen, wird
ein Beispiel der Lösungen
in PROCEEDING of 42nd ELECTRONIC COMPONENTS & TECHNOLOGY CONFERENCE (1992), Seite
94,
Mit der obigen Struktur können das optische Halbleiterelement und die optische Faser durch mechanisches Zusammenbauen optisch miteinander gekoppelt werden, und eine luftdichte Abdichtung des optischen Halbleiterelements kann erreicht werden. Als Ergebnis können die Kosten für die Erzeugung von optischen Halbleitermodulen verringert und die Fertigungsausbeute erheblich verbessert werden, sodass die oben beschriebenen Wirkungen erhalten werden können.With of the above structure the optical semiconductor element and the optical fiber by mechanical Assemble optically coupled together, and an airtight Sealing of the optical semiconductor element can be achieved. As a result, can the price for reduces the production of optical semiconductor modules and the Manufacturing yield can be significantly improved, so the above described effects can be obtained.
Das
somit erhaltene optische Halbleitermodul, das immer noch Nachteile
vom Gesichtpunkt des praktischen Gebrauchs aufweist, kann jedoch
in der Praxis nicht verwendet werden. Genauer gesagt wird bei der Struktur
von
Das obige Problem niedriger Zuverlässigkeit ergibt sich hauptsächlich aus der mechanischen Brüchigkeit von Si, dem Material des Substrats. Falls daher das Substrat ähnlich wie das allgemeine Halbleitergehäuse aus Keramik hergestellt ist, wird das Problem niedriger Zuverlässigkeit vermindert. Falls jedoch das Substrat aus Keramik hergestellt ist, entstehen verschiedene Probleme, und die wesentliche Aufgabe des Verbessern des Moduls wird verfehlt. Da die Kristallanisotropie beispielsweise beim Ätzprozess nicht benutzt werden kann, ist die Genauigkeit des Ätzprozesses so niedrig wie einige zehn Mikrometer. Außerdem werden die Kosten des Materials des Substrats erhöht, oder die thermische Leitfähigkeit des Substrats wird abgesenkt. Daher ist es notwendig, der mechanischen Bearbeitbarkeit Priorität zu geben, die erforderlich ist, um die Einstellung der optischen Achse in den optischen Halbleitermodulen wegzulassen. Aus diesem Grund ist die Verwendung eines Si-Substrats unabdingbar.The above problem of low reliability arises mainly from the mechanical fragility of Si, the material of the substrate. Therefore, if the substrate is similar to the general semiconductor package Made of ceramic, the problem becomes low reliability reduced. However, if the substrate is made of ceramic, arise different problems, and the essential task of the Improvement of the module is missed. Because the crystal anisotropy for example during the etching process can not be used is the accuracy of the etching process as low as a few tens of microns. Besides, the cost of the Material of the substrate increases, or the thermal conductivity of the substrate is lowered. Therefore, it is necessary to mechanical Machinability priority to give that is necessary to adjust the optical Omit axis in the optical semiconductor modules. For this Reason, the use of a Si substrate is essential.
Wie oben beschrieben ist, weist das herkömmliche optische Halbleitermodul eine Grenze bei der Verringerung der Kosten aufgrund der Einstellung der optischen Achse auf, wohingegen der Anwendung des Mikrobearbeitungsverfahrens als Mittel zum Verringern der Kosten praktische Anwendbarkeit fehlt.As described above, the conventional optical semiconductor module has a limit in Ver cost reduction due to optical axis adjustment, whereas application of the micromachining process as a means of reducing cost lacks practicality.
Bei dem herkömmlichen Halbleitergehäuse ist die an das Si-Substrat angelegte thermische Verformungsspannung nicht vernachlässigbar, da die Fläche des Si-Substrats aufgrund der Zunahme der Anzahl von Verdrahtungsführungen und der akkumulierten Menge der thermischen Verformung der Verdrahtungsführungen erhöht wird. Die thermische Verformung führt zu Problemen, wie beispielsweise einem Riss des Si-Substrats oder einer Gehäuseundichtigkeit aufgrund von Verschlechterung der mechanischen Festigkeit des luftdichten Abdichtungsabschnitts. Ein derartiges Problem neigt dazu, die Zuverlässigkeit des optischen Halbleitermoduls niedriger zu machen. Als Ergebnis kann die Ausbeute unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit abgesenkt werden, und der durch Vereinfachung und Verringerung des optischen Kopplungsschritts erhaltene Vorteil ist verloren gegangen.at the conventional one Semiconductor packages is the thermal strain applied to the Si substrate not negligible, because the area of the Si substrate due to the increase in the number of wiring guides and the accumulated amount of thermal deformation of the wiring guides elevated becomes. The thermal deformation leads to problems such as a crack of the Si substrate or a housing leakage due to deterioration of the mechanical strength of the airtight sealing portion. Such a problem tends to increase the reliability of the optical semiconductor module lower. As a result, the yield can be taken into consideration the reliability be reduced by simplification and reduction of the advantage obtained in the optical coupling step has been lost.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme der herkömmlichen Technik durchgeführt. Demgemäß besteht eine erste Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Erzeugen eines optischen Halbleitermoduls bereitzustellen, das Rissbildung des monokristallinen Substrats aufgrund von thermischer Verformungsspannung aufgrund des luftdichten Dichtelements vermeidet, sodass die Produktivität und die Zuverlässigkeit verbessert werden können.The Invention was considered the above problems of the conventional ones Technology performed. Accordingly, there is a first object of the invention therein, a method for generating of an optical semiconductor module, cracking of the monocrystalline substrate due to thermal strain avoids due to the airtight sealing element, so that the productivity and the reliability can be improved.
Die obigen Aufgaben können durch ein Verfahren zum Erzeugen eines optischen Halbleitermoduls in Übereinstimmung mit Anspruch 1 erreicht werden.The above tasks can by a method of producing a semiconductor optical module in accordance can be achieved with claim 1.
Gemäß einem durch die Erfindung erzeugten optischen Halbleitermodul sind, da das optische Halbleiterelement mit dem optischen Wellenleiterkörper, wie beispielsweise eine optische Faser, lediglich durch mechanisches Zusammenbauen optisch gekoppelt werden kann, die Kosten für die Einstellung der optischen Achse nicht erforderlich und die Zuverlässigkeit der luftdichten Abdichtungsstruktur wird gewährleistet. Da außerdem eine hohe Zuverlässigkeit erhalten wird, sogar wenn die Modulstruktur als ein Verbindungstyp mit optischem Verbinder gebildet werden kann, kann ein zuverlässiges optisches Halbleitermodul mit einer hohen Produktivität erzeugt werden. Daher ist die Erfindung vorteilhaft, weil die Herstellungskosten erheblich verringert werden und der Anwendungsbereich verbreitert wird. Ferner kann, falls Kraft in einer Richtung, um das monokristalline Substrat zu biegen, an das Substrat aufgrund der Spannung des luftdichten Dichtelements angelegt wird, die Biegung durch den Verstärkungskörper oder das Verstärkungselement verringert oder ausgeglichen werden, der/das auf der hinteren Oberfläche des monokristallinen Substrats ausgebildet ist. Daher wird das monokristalline Substrat keine Risse bilden.According to one are produced by the invention, optical semiconductor module, since the optical semiconductor element having the optical waveguide body, such as For example, an optical fiber, only by mechanical Assembling can be optically coupled, the cost of adjustment the optical axis is not required and the reliability the airtight sealing structure is ensured. As well as a high reliability is obtained even if the module structure as a connection type can be formed with optical connector, can be a reliable optical Semiconductor module can be produced with a high productivity. thats why the invention advantageous because the manufacturing cost considerably be reduced and the scope widened. Further can if force in one direction to the monocrystalline substrate to bend, to the substrate due to the voltage of the airtight Sealing element is applied, the bend by the reinforcing body or the reinforcing element be reduced or balanced on the rear surface of the monocrystalline substrate is formed. Therefore, the monocrystalline Substrate do not crack.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:These Invention can be more complete from the following detailed Description in conjunction with the accompanying drawings be in which show:
Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.embodiments The invention will be described with reference to the accompanying drawings described.
Ein
Beispiel eines optischen Halbleitermoduls, das zum Verständnis der
Erfindung nützlich
ist, umfasst ein Si-Substrat
Das
optische Halbleitermodul umfasst eine Verstärkungsplatte
Das
optische Halbleitermodul dieses Beispiels umfasst ein luftdichtes
Dichtelement. Das luftdichte Dichtelement ist über dem Si-Substrat
Bei
dem optischen Halbleitermodul dieses Beispiels ist der elektrische
Signalstift
In
diesem Beispiel ist das Si-Substrat, das einen Mechanismus zum mechanischen
Einstellen der optischen Achse aufweist, auf der Verstärkungsplatte
Die
folgende Tabelle zeigt die Kombination der Materialien der Verstärkungsplatte
und des Dichtelements (die Dichtkappe, den oberen Rahmen, den Zuleitungsrahmen,
das elektrisch nichtleitende Dichtmaterial und den unteren Rahmen).
Der folgende Fall A wird als die Verstärkungsplatte und das Dichtelement
dieses Beispiels benutzt. TABELLE
Allgemeine Anforderungen für die Materialien der Verstärkungsplatte und des Dichtelements der Erfindung und Anmerkungen über die obige Tabelle werden nachstehend beschrieben.
- (1) Entweder Metall oder Keramik kann als die Verstärkungsplatte verwendet werden. Die Kombination der Verstärkungsplatte aus Keramik und des oberen Rahmen aus Metall oder die Kombination der Verstärkungsplatte aus Metall und des oberen Rahmen aus Keramik kann verwendet werden.
- (2) Der Zuleitungsrahmen, der aus einem Metall gebildet ist, ist ein elektrischer Leiter. Kovar (Ni: 29%, Co: 17%, Fe: Rest) wird am gewöhnlichsten als die klebende Dichtmasse verwendet. Eine Ni-Fe-Legierung (Ni: 42%, Fe: Rest) oder eine Kupferlegierung, die eine geringe Menge von Cr und Zr enthält, kann jedoch ebenfalls verwendet werden.
- (3) Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) kann als Keramik verwendet werden.
- (4) EVOH, PVdC, PCTFE, oder LCP können als thermoplastische Kunststoff verwendet werden.
- (5) Wenn Keramik verwendet wird, wird ein Abschnitt der mit Metall zu verbindenden Keramik metallisiert und danach mit dem Metall hartgelötet oder gelötet.
- (6) Wenn thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, ist es lediglich notwendig, dass der Kunststoff geformt wird, um das Substrat abzudecken, und ein besonderer Bondprozess ist nicht erforderlich.
- (7) Die obige Kombination der Verstärkungsplatte und des Dichtelements
sollte bestimmt werden, sodass die thermische Ausdehnungseigenschaft
des Si-Substrats
1 und jene der Verstärkungsplatte und des Dichtelements gut ausgeglichen sind.
- (1) Either metal or ceramic can be used as the reinforcing plate. The combination of the ceramic reinforcing plate and the metal upper frame or the combination of the metal reinforcing plate and the ceramic upper frame may be used.
- (2) The lead frame formed of a metal is an electric conductor. Kovar (Ni: 29%, Co: 17%, Fe: balance) is most commonly used as the adhesive sealant. However, a Ni-Fe alloy (Ni: 42%, Fe: balance) or a copper alloy containing a small amount of Cr and Zr may also be used.
- (3) Alumina (Al 2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN) can be used as ceramics.
- (4) EVOH, PVdC, PCTFE, or LCP can be used as thermoplastic.
- (5) When ceramic is used, a portion of the ceramic-to-be-bonded ceramic is metallized, and then brazed or brazed to the metal.
- (6) When using thermoplastic resin, it is only necessary that the plastic is molded to cover the substrate, and a special bonding process is not required.
- (7) The above combination of the reinforcing plate and the sealing member should be determined so that the thermal expansion property of the Si substrate
1 and those of the reinforcing plate and the sealing member are well balanced.
Eine
thermische Verformung des Si-Substrats
Das
einfachste Verfahren zum Unterdrücken
der thermischen Verformung aufgrund der Verteilung oder Änderung
der Temperatur ist wie folgt: Verwenden des gleichen Materials,
um die Teile (
In
diesem Fall neigt jedoch der Wärmewiderstand
zwischen dem Si-Substrat
Wie
in dem Querschnitt des luftdichten Dichtabschnitts in
Beispiele
des Verfahrens zum Bilden der Muster der Führungsnut
Als
Ergebnis wird ein Vorsprung in der Maske
Somit
ist das optische Halbleiterelement
Außerdem ist
es möglich,
da das Si-Substrat
Ein
Prozess zum Erzeugen des obigen optischen Halbleitermoduls wird
beschrieben.
In
Da
der untere Rahmen
Der
Prozess des Zusammenbauens des Moduls ist wie folgt. Zuerst werden
der untere Rahmen
Wie es oben beschrieben wurde, kann das optische Halbleiterelement mit einem optischen Wellenleiter, wie beispielsweise einer optischen Faser, optisch gekoppelt sein, und das optische Halbleiterelement kann allein durch einen mechanischen Zusammenbauprozess luftdicht abgedichtet werden. Außerdem kann, da die Verstärkungsplatte an der hinteren Oberfläche des Si-Substrats befestigt ist, das Si-Substrat am Reißen aufgrund der Spannung der luftdichten Dichtkappe gehindert werden. Die Erfindung ermöglicht eine Verringerung bei den Herstellungskosten des Halbleitermoduls, eine wesentliche Verbesserung der Produktivität davon und eine gewährleistete Zuverlässigkeit. Die Erfindung ermöglicht ebenfalls, dass eine Signalübertragung mit großer Kapazität und hoher Qualität, die für die optische Kommunikationstechnologie charakteristisch gewesen ist, auf allgemeines Industriegerät angewendet werden kann.As As has been described above, the optical semiconductor element can be used with an optical waveguide, such as an optical waveguide Fiber, optically coupled, and the optical semiconductor element can be airtight only by a mechanical assembly process be sealed. Furthermore can, since the reinforcement plate on the back surface of the Si substrate, the Si substrate is torn due to cracking the tension of the airtight sealing cap are prevented. The invention allows a reduction in the manufacturing cost of the semiconductor module, a significant improvement in the productivity of it and a guaranteed Reliability. The invention also enables that a signal transmission with big ones capacity and high quality, the for the optical communication technology has been characteristic on general industrial equipment can be applied.
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